车规级半导体之争 | 不出三年！国产MCU必将挤掉巨头占领高端市场！

齐道长|电子资讯|Electronic information|

2023-03-16 13:54:43 912

智能化、电动化、网联化、共享化

带动驱动车规级控制类芯片换代升级

国产高性能MCU未来3-5年迎来大规模量产

势必对国际大厂垄断的高端市场

造成强有力的冲击

车规级半导体，俗称“汽车芯片”，主要分布在车体控制模块、车载信息娱乐系统、动力传动综合控制系统、主动安全系统和高级辅助驾驶系统。

与消费品不同，汽车会在室外、高温、高寒、潮湿等恶劣环境中行驶，设计寿命一般为15年或20万公里。迭代周期会远高于消费电子的2-3年。振动、冲击、可靠性和一致性要求也更高，因此车规级半导体的成本高于消费级和工业级。

按功能种类划分，车规级半导体大致可分为主控/计算类芯片（MCU、CPU、FPGA、ASIC和AI芯片等）、功率半导体（IGBT和MOSFET）、传感器（CIS、加速传感器等）、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器等。在汽车领域，MCU是汽车从电动化向智能化深度发展的关键元器件之一。

车规级MCU应用场景

MCU就是汽车上的微控制器，又称单片机，是将CPU 的频率和规格做适当缩减，并将存储器、定时器、计算器、驱动及各种输入输出接口集成在单一芯片上，形成的芯片级计算机。

MCU作为汽车电子控制系统的核心，MCU必须有着耐高温和坚固的特性，使之在复杂的汽车内部环境中不容易损坏。与其他类别MCU相比，车规级MCU的要求极为严苛，寿命要达到15年以上，且要支持-40℃~155℃的宽温范围，出错率要求接近于0，整体研发周期长、投资规模大。

MCU控制着汽车内所有的电子系统，连接着汽车所有的电路，属于汽车的中枢神经。在汽车电子中的应用场景正在不断丰富，涵盖逆变器控制、发动机和电池管理、变速箱控制、安全控制、ADAS、主动悬架、LED照明、传感器融合等系统中。

MCU典型应用图源：国民技术

在汽车MCU市场，主要是8位、16位、32位产品。8位MCU主要用于比较基础的控制功能，如座椅、空调、风扇、车窗、门控模块等控制；16位MCU主要用于下车身，如引擎、电子刹车、悬吊系统等动力和传动系统。32位MCU为汽车智能化定制，主要用于包括汽车动力系统、智能座舱、车身控制。

当前，汽车安全性的要求越来越高，包括软件和硬件部分，这需要MCU在设计时有更多考量。国际主流厂商到8位/16位MCU在汽车应用上开始逐渐被淘汰（比亚迪和芯旺微仍在提供8位MCU），NXP、ST、英飞凌等大厂商都是32位产品线起步，国内主流厂商也开始抢占32位产品线。

综合起来，在整个汽车MCU市场中，超过75%的汽车MCU销售来自32位MCU占据主流，这就意味着，谁掌握了32位以上车规MCU量产能力，谁就将主导市场。

缺芯将延续至2025

中国汽车产销总量已经连续13年位于全球第一，其中新能源连续8年全球第一。电动车增量市场日益扩大，对芯片需求快速增加。

全球MCU应用领域中，汽车占比高达35%。尤其是高端的MCU快速升级换代需求量飙升，自动驾驶等级提升以及车内外传感器数量增加都会提高MCU用量。但市场MCU产量少，验证周期长，导致当前供不应求的局面——这跟消费类电子供过于求的苦不堪言形成鲜明对比。

图源：网络

从需求端看，根据中国汽车工业协会数据显示，2022年，中国汽车产销分别完成2702.1万辆和2686.4万辆。燃油车平均每辆到MCU芯片500-600个左右，而新能源汽车则需要用1500-3000个，高端的智能网联汽车芯片则需要更多。

2020-2022年，全球缺芯使全球汽车产量减产约1500万辆，中国汽车减产超过200万辆。大家还记得不，之前因为车企缺芯停产的问题，早在2021年初，福特、丰田、戴姆勒等因缺芯而短暂停产。业内资深专家认为，2023年车用芯片应该还会处于短缺状态。

从供给端看，预计从2023年开始，将掀起一波成熟制程产能扩张投资热潮。英飞凌、瑞萨、德州仪器、Rapidus等企业均启动了建厂计划，业界预估四家大厂扩产投入金额超250亿美元。上海积塔半导体、粤芯半导体、士兰微、湖南三安半导体等合计达千亿级的项目正如火如荼建设中。

但投资与产能释放需要一定时间，芯片公司提高产量的时间需要6-9个月，这意味着全球性汽车缺芯问题将延续到在2024年年底或2025年年初。

持续缺芯对全球汽车市场产生深刻影响同时，也暴露了包括新能源在内的中国汽车产业“大而不强”的问题。中国“十四五”规划中提到的加快补齐基础零部件及元器件等瓶颈短板；提升通信设备、核心电子元器件、关键软件等产业水平这一政策，车规MCU芯片就是短板之一。

在各类芯片中，中国车企最短缺的是MCU，芯片制造企业最为薄弱。

美帝国主义制裁影响

美国芯片法案对国内车规级半导体影响主要集中在高阶制程、自动驾驶等领域。中国汽车芯片厂商短期内难以取得突破，包括在高安全性、高算力要求的芯片产品领域和涉及安全性较高的底盘类芯片、控制类芯片产品。

车规级芯片采用先进工艺比例仅为6%，且面临晶圆生产制造高度集中的垄断局面。所以对于大多数耕耘于低端市场的芯片公司无关痛痒。

迭代加快的影响

在新势力引领下，厂商把产品迭代的时间大幅压缩了，以往一代车型卖十年的打法正在被一两年换代的新打法所取代，除了特斯拉。

造车新势力正通过快速换代和销量扩大不断升级新车性价比，以极致的研发效率打破旧势力格局，对厂商来说必须要跟上不断迭代更换的趋势。

做不到，意味着等死。

图源：特斯拉

降价的内卷

2023年3月6日，特斯拉宣布下一代平台将降低碳化硅成本75%：“SiC是核心部件但价格昂贵，在下一代动力平台中，我们找到了降低75%用量的方法，但不影响汽车的性能和效率，以此，减少碳化硅的用量对我们至关重要。”

这使整个行业都陷入了恐慌。

特斯拉不讲武德，任谁都无法想象特斯拉降价的频次和底线。也是最近，没有任何预兆，特斯拉宣布Model S和Model X两款车型价格下调，一出手就将价格分别下调10000和5000美元，这一轮降价下来，相当于折合人民币直降3.5万-7万元。

在特斯拉营销冲击下，不降价的车规芯片厂商可能会被逐渐边缘化。可以预期，在整车厂降本压力和主要车规芯片厂商产能扩充的叠加效应下，汽车芯片毛利率将走低。

不惧风险，自研芯片是大佬的拳头

没有高性能芯片，就造不出高品质的汽车。要完成技术规格高可靠性强的MCU，必须在设计环节下功夫。

国内做MCU有两种模式，一个是“寄生”模式，通过购买外国厂商的内核和外设IP完成设计，但成本不可控、品质不可控；一个“自生”模式，通过自研是IP，完全掌握产品可靠性、性能稳定性、成本可控性。目前本土厂商普遍使用的Arm（Cortex-M0/M0+/M3）低功耗内核，比亚迪半导体的8位车规MCU还用上了老土的8051内核。也有使用Cortex-R5F内核，如芯驰的E3系列很时髦。当总体上使用国外架构上限制了本土主流厂商MCU在高安全、高性能场景的应用。

基于RISC-V内核在车规级MCU上的应用开始加速。瑞萨、晶心、siFive、芯来、先楫半导体、凌思微、爱普特等IP厂商都在研制推出车规级的RISC-V处理器 IP，推动在RISC-V在车规级MCU技术和应用上的贡献度越来越高。

极个别开发完全国产的指令集和内核架构，如KungFu。这使芯旺微成为国内少数拥有自主IP内核处理器架构的MCU芯片设计公司。

基于ARMv7架构的CVM011x系列MCU系统框图图源：曦华科技

基于RISC-V价格的HPM6200 图源：先楫半导体

基于KungFu内核架构的汽车MCU产品线图源：芯旺微

当前，大部分车企实现智能驾驶基本都是基于第三方的芯片方案，这样的芯片厂商包括英伟达、高通、英特尔、华为海思、地平线等。但在中美芯片脱钩背景下，用美帝技术标准的芯片风险太大了。为了满足MCU的供应能力，咱们国内车厂和芯片设计厂商、晶圆厂要密切协作。

当然，要想不受制于人，汽车主机厂自研芯片优势显而易见，比如自建芯片设计团队，芯片可以直接交由晶圆厂生产，省去了很多中间环节，更好的把握芯片产业链，获得更多的知情权、话语权、可控度。

如比亚迪为例，是国内唯一一家拥有完整产业链的车企，从芯片设计到芯片制造再到芯片封装，比亚迪都能完成。这样的先天优势使得比亚迪在缺芯的环境下，拥有彪悍的抗风险能力，这也是为何比亚迪新能源汽车销量会如此出色。

图源：比亚迪半导体

不过自研芯片有难度。首先资本是造车新势力自研芯片的必备条件，毕竟一款高性能的自动驾驶芯片投入以亿美元来计算。搭建专业团队，以车规级芯片为例，包括IP、人才在内的研发成本，要比消费级和工业级芯片高很多。光有钱也不一定成功，还要熬时间，3年5年甚至10年才有可能研制成功。

然鹅，终有大佬级的企业乐意提升自研比例，最直接的好处之一就是降低造车成本。特斯拉成本差不多是1500美元，而国内采用英伟达的双Orin成本在4000美元以上。特斯拉和比亚迪自研芯片产生的效益有目共睹，其余造车新势力也纷纷布局自研芯片。零跑、理想、蔚来、小鹏、上汽集团发纷纷走向自力更生的道路。其中零跑汽车还放言“不造芯片的车企不是一家好科技公司”。于是乎，中国芯的高光流量都他们抢走了。

车企做芯片很多都是为了实现自给自足，这意味着其客户结构会比较单一，很难满足芯片要求的巨大出货量。所以，无论造车新势力还是传统车企都选择将芯片团队单独拆分开来。

稳健的投资方式是大多数车企的选择

当然，建立智能驾驶研发团队自研芯片是高风险的投资，当然还有中低风险的组合投资，一些车企会通过联合研发和战略投资的方式，获得芯片资源。

一部分车企与芯片供应商合资建厂或建立战略合作关系共同进行芯片，整体的风险也相对较小。可以结合自身产品需求，与芯片设计公司合作，进行差异化定制，比如大众集团旗下软件公司CARIAD与芯片制造商地平线成立合资公司，研发高级别自动驾驶技术。北汽集团旗下投资平台北汽产投公司与知名芯片IP公司Imagination发起设立了汽车无晶圆厂半导体公司核芯达，主营业务是设计车规级芯片。

四维图新旗下杰发科技与奇瑞汽车达成战略合作，双方将携手共建汽车芯片联合实验室促进车规级芯片研发。吉利汽车和芯擎科技合作的自研智能座舱芯片，与积塔半导体共建国内首家汽车电子共享垂直整合制造（CIDM）芯片联盟，东风汽车集团与株洲中车时代的IGBT功率模块合作。光庭信息基于芯驰科技高性能高可靠MCU E3“控之芯” ，在动力域控制系统、高性能电驱系统解决方案、线控底盘、车身区域控制系统等方面开展战略合作。

2020年成立的比亚迪半导体，主要从事功率半导体、智能控制IC、智能传感器及光电半导体的研发、生产及销售。公司以车规级半导体为核心，产品已基本覆盖新能源汽车核心应用领域，但在智能驾驶舱和自动驾驶领域的芯片仍然存在缺口。到2022年，比亚迪开始跟英伟达、 Momenta 、地平线、百度这4家业内知名的自动驾驶技术供应商启动了合作，其多数自动驾驶零部件，预计到2023将开始大规模生产。

图源：比亚迪

大部分车企也会对芯片企业进行战略投资获得股权，这种策略风险也低，不会抢占芯片资源，还能帮助一些初创公司拓宽业务渠道。

长城汽车战略投资地平线，并联合出资设立芯动半导体，广汽集团连续两轮投资粤芯半导体，上汽投资晶晨半导体、芯钛科技、芯旺微电子等芯片公司。对半导体产业的布局助力公司进一步完善汽车产业链生态。

快速增长的MCU市场

全球MCU市场保持高速增长。根据Prismark、IC Insights等数据以及预测，2022年全球MCU销售额增长10％，达到215亿美元的历史新高，其中汽车MCU的增长速度将超过大多数其他最终用途类别。预计至2023年，全球工业控制的市场规模将达到2600亿美元，全球车用MCU销售额达到81亿美元。

国内MCU芯片需求增速高于全球市场。据IHS数据统计，2015-2020年中国MCU市场CAGR为8.4%，同期全球市场几乎没有增长；该机构预测到2026年中国MCU市场规模或以约7%的CAGR提升至513亿元。

这为国内MCU企业展现骚科技、打响新品牌提供了广阔的潜力舞台。

全球竞争格局不是一成不变的

在市场宣传的指引下，汽车消费者也开始关注车内搭载的核心芯片的性能指标，于是乎厂家把自动驾驶和智能座舱用了哪些芯片成为作为宣传重点来博取消费者的感动。但这貌似对国内厂家比较被动。

前面提到，与消费级和工业级芯片相比，车规级半导体对产品的环境要求、可靠性要求、供货周期要求、重新认证要求较高。较高的行业壁垒使得车规级MCU市场集中度高，国际车规级半导体厂商长期占据了市场主要份额。公开资料显示，全球车用MCU的主要供应商为瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、德州仪器、微芯科技、意法半导体等国际大厂，市场占有率合计超95%，国产化率仅5%。

S32K汽车通用微控制器图源：恩智浦

从竞争格局来看，过去几年，国际大厂控制中高端MCU市场，场景更加丰富，如电子助力转向系统、电子车身稳定系统、防抱死刹车系统、安全气囊系统、新能源车载逆变器、电池管理系统等。

国内抢占低端市场，应用在与安全性能相关性较低的场景，如雨汽车雨刷、车灯、车窗、遥控器、环境光控制、动态流水灯等车身控制模块实现了量产突破。

2022年本土MCU企业推出了多款产品，8位MCU芯片用于风扇、空调、雨刷、天窗等的，16位MCU芯片匹配引擎、齿轮与离合器、电子式涡轮系统等，也有32位MCU芯片，聚焦仪表板、车身、多媒体信息系统、引擎控制、安全系统等的开拓应用。更有企业开始研发汽车智能化所需的高端MCU，如智能座舱、ADAS等。

芯驰E3系列的最高规格产品要领先于目前海内外其他车规MCU厂商，是目前车规MCU中性能最高的产品。图源：芯驰科技

但总体上，国产车规级MCU仍处于起步阶段，车规MCU芯片数量少，且主要集中在非核心汽车部件。主流MCU的产品性能虽然基本达到国际水平，但是高端车规级差距较大，品类多样性方面也有待提升，仍然存在整车应用规模小、车规认证周期长、技术附加价值低、上游产业依赖度高等问题。

中国汽车供应链仍然十分脆弱。虽有国产化、资本化浪潮助推，许多国内芯片供应商以及诸多从消费类、工业类领域跨入汽车领域的公司都在跃跃欲试，但尚未形成规模化的国产替代效应。

有很多本土厂商的车规MCU产品还在流片阶段，甚至小规模试产，但同海外成熟的供应对比，业务进展显得微乎其微。

我们必须保持冷静的认知，国产车规级MCU是一条相当专业的赛道，绝不是靠一朝一夕就能完成从质到量的转变。我们需要磨练长期的技术积累及供应链能力。

极高的验证门槛

车规级半导体对产品性能的严苛要求也使得行业具有较高的准入门槛。车规级半导体企业在进入整车厂的供应链体系前，一般需符合一系列车规标准和规范，包括质量管理体系IATF16949和可靠性标准AEC-Q系列等。

IATF16949是汽车芯片车规级认证的门槛，是汽车质量管理体系的标准规范；AEC-Q系列则主要是针对车规电子元器件可靠性评估的规范；而ISO 26262是针对电子电气系统功能安全的评估规范。

目前，国内队列已有在32位MCU通过AEC-Q100认证的企业，如杰发科技、比亚迪半导体、国芯科技、芯海科技、芯旺微、琪埔维、赛腾微、凌鸥创芯，中微半导。据统计显示，国内大多量产公司均能够通过AEC－Q100的认证，但主要集中在Garde1／3。而国内能够通过ISO26262 认证的厂商极少。

SO 26262(国际功能安全标准)是一个涵盖整个汽车产品开发过程的汽车功能安全标准。ISO 26262继承或改编自工业自动化行业的安全要求标准IEC61508，但专门为汽车行业量身定制。最新版本是ISO26262-1:2018。图源：parasoft

在汽车应用指标方面，汽车安全完整性等级分为：ASIL-A、 ASIL-B、 ASIL-C、ASIL-D；ASIL-A级芯片可应用于天窗控制，ASIL-B级芯片可应用于仪表盘显示，ASIL-C 级芯片可应用于引擎控制，ASIL-D级芯片可应用于自动驾驶、EPS（电动助力转向系统）。国际主流厂商一些MCU功能安全等级达到ASIL D，成为汽车核心部分中应用的重要考量标准（比如变速器控制系统、燃油发动机控制系统、线控底盘、牵引电机控制、ADAS、制动系统、电动转向系统、安全气囊等）。而目前国内MCU厂商能够达到ASIL D的寥寥无几，大部分集中在ASIL-B等级。

ASIL-D的车规控制器FC7300 框图图源：旗芯微

相对于车身、域控等技术难度挑战，国际大厂在高规格MCU的经验与能力更强。但是与车身应用MCU产品不同的是，对高性能、功能安全达到ISO26262 ASIL-D的MCU来讲，国际大厂推向市场的时间也不长，技术上没有多少代差。

这表明本土厂商近未来机会巨大，就看你敢不敢冲。

未来3-5年，终有国产MCU厂商杀出重围

我们欣喜的看到，在2022年很多本土厂商已经推出或正在研发支持ASIL D功能安全等级的车规MCU产品，在2023-2025将是产品研发、品牌推广和拓宽业务线的重要冲刺阶段。

按照新车量产的周期，国产汽车MCU厂商可能到2025年前后得到产能的规模化释放。届时，国产MCU产品性能、产品线丰富程度、市场占有率、出货量将大大提升，将首次以集体力量与国际大厂分庭抗礼，一较高下。

2023年2月推出首款车规级MCU N32A455系列图源：国民技术

如前文所述，车规级国产替代需求强劲，一方保证产业安全就要提高应链自主可控能力，倒逼整车厂开始拥抱国产芯片厂商。另一方面扩展业绩空间就要在产能紧缺的大背景下锁定部分产能，并步步为营进击中高端车规MCU领域，这是国产MCU领域的终极目标。

国内车企开始主动接触国产MCU企业，尤其是那些具有量产能力的MCU企业。为了保障供应链安全，提升新能源汽车的自主可控，继续以海外大厂作为主要供应体系外，还要以国内供应商作为必要补充。

2022年很多本土主机厂已在导入国内汽车MCU供应商的产品，反馈大多都较为积极。国内MCU厂商相较于国外大厂能够提供更及时、更全面的本地服务。以上汽、广汽、北汽、奇瑞等为代表的产业链企业都在积极推进车规级MCU的纵深布局。一众车企也开始选择与芯片厂商联姻打造MCU赛道，还有一部分车企深度绑定了芯片厂平衡供需关系和产业链基。从布局上来看，芯旺微、旗芯微、芯驰科技、云途、曦华科技等，都在打造满足ISO 26262标准的产品开发和流程体系版图。

未来，国产化的机遇窗口与红利或将逐渐逝去，同时在海外与国内厂商同场斩杀中，不具竞争力的公司将会消亡。我们统计的“车规级MCU国内企业方阵”中的企业必将呈现倒金字塔型的竞争格局。

我们相信，未来3-5年终会有数家国产MCU厂商杀出来，通过不断蚕食全球大厂的中高端市场份额来提升中国半导体的占有率和话语权。

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